NFC无线灵活配置LED驱动电源

引言

本文给读者带来一种高效、新颖的LED驱动电源配置方法：基于近场通信技术（NFC）的无线灵活配置方法。
LED照明灯具的规格多种多样，带来繁多的驱动电源规格，给设计、生产、销售、使用也带来了诸多的不便。为了减少这种不便，工程师们一直致力设计可以灵活配置输出电流的、更通用的驱动电源平台，使得同一电源能适配不同功率，不同亮度的LED灯具。从而减少驱动电源的种类，缩短开发周期，降低库存，缩短交货时间。如有需要，最终用户也可以重新配置驱动电源来适配LED灯具。
最为传统的配置方法是采用不同电阻值来配置（拨码开关方式产生多种组合），需要接触操作。并且，此方法受制于电阻的阻值限制，一般只能设置几个电流档位，应用弹性少，功能单一。可以解决以上问题的NFC近场通信技术被创新地应用于LED电源，并逐步成为标准配置。

NFC技术应用在LED电源上

NFC是一种成熟的近距离无线通信技术，多年来已经被广泛地用于交通卡、银行卡、身份证、智能门锁等等。
NFC应用时有发射端和接收端，都内置有天线，接收端可以无需额外电源供电。工作时，发射端发射频率为13.56MHz的信号，较近的距离下接收端接收到此信号，并转换为电能为接收端供电，同时进行解码获得信息、修改信息以及进行反向传输，最终实现信息交换。
可以设想如图一所示，如果将一个接收端IC设计在LED电源上，就可以使用手机或者一个发射设备将需要配置的信息非接触地发送并写到LED电源上，LED电源根据这个信息输出不同的电流，甚至根据工作时长进行光衰补偿。
 

如果这个IC内部有足够的空间，就可以用来存储更多的信息。通过读写设备将需要资料（如品牌，序列号等）写进去或读取出来，方便维护管理。

图一：典型NFC应用示意图

英飞凌的LED电源专用NFC控制芯片

基于以上的理念，英飞凌开发出专用于LED驱动电源的NFC控制芯片NLM0010和NLM0011，封装是非常紧凑的SOT-23，5脚封装，内建了丰富的功能。既可以在出厂前设置，也可以在终端客户安装前根据不同的光源设置，极大地简化了设计和使用。
如图二所示 NFC IC直接控制初级主控IC，在LED 电源不接交流电源的情况下，通过读写设备将需要配置的参数信息发射出来， NFC控制芯片通过天线接收电能以维持自身工作，收到并且将其中的目标信息存储在内部存储器中。NFC控制芯片的信息也可反向地向读写设备传送，以获得以配置的参数信息。当LED驱动电源上电开机后，会给NFC控制芯片供电，内部根据已经存储在寄存器的信息通过计算转换为PWM信号输出至LED驱动控制器，控制输出电流从而改变LED的亮度。
 

图二：NFC初级（原边）控制示意图

 
如图三所示 NFC控器芯片可以直接控制次级主控IC，ILD8150(E)是一颗DC/DC LED驱动控制器，NFC 控制芯片的PWM 输出直接连接到ILD8150(E)的DIM脚，实现更简单的输出电流控制。

图三：NFC 次级(副边)控制示意图

英飞凌的NFC控制芯片提供了更加丰富的功能：

电流设置精细、灵活，而传统的拨码开关设置受制于电阻的阻值限制，一般只能设置几个电流档位。

采用27MHz的内部时钟,即使采用10kHz的PWM 频率，分辨率依然可以做到1/2700, 也就是说可以设置2700个不同的输出。

内置2.8V输出精密稳压也有利于抑制因为VCC电源波动带来的额外误差。

因为采用灵活的数字控制，可以通过生产过程中的输出电流校准使实际输出电流更接近目标输出电流，并且可以采用比较大误差的稳压电路以降低成本，芯片内可以记录驱动电源的开关次数及其工作时长，可以通过NFC读写设备获得此信息为产品维护和优化提供方便。

其中NLM0011更内置了CLO（恒定流明输出）,可以根据LED光源的光衰特性动态调整驱动电流，达到恒定流明输出的目的，即光衰补偿。

NLM0010/11的简易应用设计

这两个IC的使用非常简易，硬件电路主要涉及IC的输出信号设计、Vcc的设计和天线设计。

适配调光信号的设计

当LED控制IC使用PWM作为调光信号时：可直接将NFC控制芯片的输出PWM信号输出至LED控制IC的调光脚，如图四所示。

图四：输出直接连接调光IC调光脚

当LED控制IC使用直流电压作为调光信号时，NFC控制芯片的输出需要通过电阻和电容将PWM信号转换成直流电压，作为调光信号，如图五所示。

图五：输出加RC滤波再连接至控制电路

需要记录开关次数和工作时长的设计

对于需要用到工作时长记录或开关次数记录的应用，关机后IC仍然需要足够的能量才能维持工作以保证数据的正确写入。这种情况下，Vcc脚需要外接一颗额外的22uF电容储能。另外需要确保Vcc供电电压范围在3.3-5.0V, 极限范围3.0-5.5V，大多数情况下可以采用线性稳压方案。如图六所示，通过稳压电路较为精确的稳压，或采用图七所示的更简单、更低成本的电阻加稳压二极管稳压方案。

 图六：三端稳压电路提供Vcc            

 

图七：稳压二极管电路提供Vcc

 

小面积天线的设计

这两款芯片内部已经集成了一颗典型值23.5pF的电容，只需要连接一个一定感量（使得谐振频率为13.56MHz左右）的天线即可；需要微调的话，也可外接电容。天线可以直接在绘制在PCB上，单面板或双面都可以。20mm*20mm内的天线大小基本可以满足需要。

图八：IC内置23.5pF电容

天线设计时可以借助英飞凌提供的Excel 计算工具计算PCB天线电感， 拿到PCB实物后有条件的可以用网络分析仪测试实际电感量，或者装上元件做实际通讯测试， 并根据测试结果调整外接电容的容量以实现最好的通讯质量。

另外，开发或使用时需要用到读写设备，请使用英飞凌推荐的型号。如果需要自主开发控制软件，可以参考英飞凌NLM0010或NLM0011的应用注解。
评估或开发初期也可以直接使用英飞凌提供的可以用于安卓系统的APK，使用带NFC功能安卓手机就可以进行测试。 图九所示的是配置界面，可以配置PWM频率、最大占空比等，显示工作时长、开关次数等。图十是在手机端可查看到的内部存储的数据。
 

           
 图九：配置界面                           


图十：内部存储数据

应用实例

如图十一所示，NFC控制芯片和天线被设计在同一块小PCB上，此PCB的长宽只有2.5cm和1.5cm。插在LED驱动电源主板的次级电路上，占板空间非常小。实现了无接触的无线参数配置。这个设计需要通过R+C将NFC 的PWM输出电压转为直流电压，然后利用运算放大器将其与电流采样电阻上的电压比较，通过反馈电路实现NFC设置的目标输出电流。

图十一：应用实例

结论

NFC芯片在LED 电源的应用大大增加了电流设置的灵活性， 与电阻设置或编码设置相比具有无可比拟的优越性，可以完全取代不方便的接触式拨码设计，在LED 电源中的应用必将越来越多。英飞凌的NLM0010和NLM0011以其小体积（SOT23-5）,极为简单的电路，极具价值的开关次数统计和工作时长计数或光衰补偿功能，收到越来越多客户的使用。